以下文章来源于JIPB ，作者JIPB
林木通过光合作用将二氧化碳和太阳能转化生成木材 ，是生产建筑材料，家具、纤维、化工和能源产品的可再生资源。随着人口数量增长和工业化进程加剧，全球森林覆盖率大幅下降，木材生产受到巨大的挑战。木材生产方式已由砍伐天然林转变为培育人工林。应用现代生物知识和技术，培育速生优质人工林树种成为应对挑战的必然选择。近年来，对木材形成的分子、遗传和细胞学机制进行了大量研究，在此基础上利用分子遗传技术改良和培育速生优质林木开展了大量探索，取得了多方面的进展。非常必要及时对木材形成研究的新发现、新进展和新理论进行总结和评述，以促进对木材形成分子机制的系统理解和速生优质林木改良的分子技术创新。
JIPB近日在线发表了兰州大学生态学院朱莹莹教授与中国科学院分子植物科学卓越创新中心李来庚研究员合作撰写的题为 “Wood of trees: Cellular structure, molecular formation and genetic engineering” 的特邀综述 (https://doi.org/10.1111/jipb.13589)。文章系统分析和评估了270多篇相关研究论文，全面总结了木材形成的细胞和分子调控机制、林木基因工程研究进展，对木材形成研究的未来发展方向和技术应用进行了分析和讨论。文章从林木个体、组织、细胞、细胞壁结构和化学组成等不同层次介绍了木材结构和组成特点（图1），阐述了当前林木基因组和单细胞转录组等组学在解析木材形成分子机制中的研究进展。系统地总结了木材形成5个关键发育过程的分子调控机理，包括维管形成层建立和活性，次生木质部分化，木质部细胞扩张，次生细胞壁合成和细胞程序化死亡（图2）。系统梳理了林木基因工程策略、发展历程及进展，从单一靶向细胞壁合成基因，到上游调控元件，到组织和细胞水平特异调控，再到木材性能的定向设计与改良等。文章提出了木材形成研究中下一步期待解决的问题，如木材组织、细胞和亚细胞各层级的分子调控网络，不同性能木材形成的分子遗传机制等；林木基因工程应用中存在的问题和面临的挑战，如温室表型与田间长期生长差异等；对木材形成研究及其基因工程技术在林木碳固定与高效转化储存，以及在解决全球环境问题上的应用等方面进行了分析和展望。
图1. 木材各层级结构组成
图2. 木材形成分子调控网络
兰州大学朱莹莹课题组致力于林草功能基因组和生态适应性研究，重点关注植物形成层干细胞维持和分化，细胞壁合成及调控以及环境适应性的分子调控机制（Zhang et al., 2023; Zhu et al., 2021; Zhu et al., 2020; Zhu et al., 2018）。中国科学院分子植物科学卓越创新中心李来庚课题组长期专注植物次生生长与细胞壁生物合成研究，以及木质纤维生物质基因工程改造与高效利用（Li et al., 2023; Xie et al., 2023; Zheng et al., 2020; Gui et al., 2020; Gui et al., 2019; Liu et al., 2019）。朱莹莹教授和李来庚研究员为本综述共同通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划和甘肃省杰出青年基金的资助。
参考文献：
Zhang, R., Li, B., Zhao, Y., Zhu, Y.*and Li, L.* (2023) An essential role for mannan degradation in both cell growth and secondary cell wall formation. Journal of Experimental Botany, https://doi.org/10.1093/jxb/erad463.
Li, R., Wang, Z., Wang, J., Li, L.* (2023) Combining single-cell RNA sequencing with spatial transcriptome analysis reveals dynamic molecular maps of cambium differentiation in the primary and secondary growth of trees. Plant Communications 11: 100665.
Xie, Z., Gui, J., Zhong, Y., Li, B., Sun, J., Shen, J., Li, L.* (2023) Screening genome-editing knockouts reveals the receptor-like kinase ASX role inregulations of secondary xylem development in Populus. New Phytologist 238: 1972–1985.
Zhu, Y.* and Li, L.* (2021) Multi-layered regulation of plant cell wall thickening. Plant and Cell Physiology 62: 1867–1873.
Zhu, Y.†, Song, D.†, Zhang, R., Luo, L., Cao, S., Huang C., Sun, J., Gui, J. and Li, L.* (2020) A xylem-produced peptide PtrCLE20inhibits vascular cambium activity in Populus. Plant Biotechnology Journal 18: 195–206.
Zheng, S., He, J., Lin, Z., Zhu, Y., Sun, J. and Li, L.* (2020) Two MADS-box genes regulate vascular cambium activity and secondary growth via modulating auxin homeostasis in Populus. Plant Communications 2: 100134.
Gui, J., Lam, P.Y., Tobimatsu, Y., Sun, J., Huang, C., Cao, S., Zhong, Y., Umezawa, T., Li, L.* (2020) Fibre-specific regulation of lignin biosynthesis improves biomass quality in Populus. New Phytologist 226: 1074–1087.
Gui, J., Luo, L., Zhong, Y., Sun, J., Umezawa, T., Li, L.* (2019) Phosphorylation of LTF1, an MYB transcription factor in Populus, acts as a sensory switch regulating lignin biosynthesis in wood cells. Molecular Plant 12: 1325–1337.
Liu, C., Yu, H., Li, L.* (2019) SUMO modification of LBD30 by SIZ1 regulates secondary cell wall formation in Arabidopsis thaliana. PLoS Genetics 15: 1e1007928.
Zhu, Y.†, Song, D.†, Xu, P., Sun, J. and Li, L.* (2018) A HD‐ZIP III gene, PtrHB4, is required for interfascicular cambium development in Populus. Plant Biotechnology Journal 16: 808–817.
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